列管式換熱器設(shè)計(jì)

1、實(shí)用文檔第一章列管式換熱器的設(shè)計(jì)1.1 概述列管式換熱器是一種較早發(fā)展起來(lái)的型式，設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)比較完善，目前在許多國(guó) 家中已有系列化標(biāo)準(zhǔn)。列管式換熱器在換熱效率，緊湊性和金屬消耗量等方面不及其他新 型換熱器，但是它具有結(jié)構(gòu)牢固，適應(yīng)性大 ，材料范圍廣泛等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而在各種換熱 器的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展中得以繼續(xù)應(yīng)用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中換熱器的主要類型， 在高溫高壓和大型換熱器中，仍占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。例如在煉油廠中作為加熱或冷卻用的換熱器、 蒸儲(chǔ)操作中蒸儲(chǔ)釜(或再沸器)和冷凝器、化工廠中蒸發(fā)設(shè)備的加熱室等，大都采用列管 式換熱器3。1.2 列管換熱器型式的選擇列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用

2、的按其溫度差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分， 主要有以下幾種： (1)固定管板式換熱器：這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊，造價(jià)便宜，但管外不能 機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋， 頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和 管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁 溫度相差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以致管子扭彎或使管 子從管板上松脫，甚至毀壞整個(gè)換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫度補(bǔ)償裝置， 一般在管壁與殼壁溫度相差50c以上時(shí)，為 安全起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。(2

3、)浮頭換熱器：換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接， 另一塊管板不與外殼連接， 以便管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上來(lái)連接有一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”， 所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。這種型式的優(yōu)點(diǎn)為：管束可以拉出，以便清洗；管束 的膨脹不受殼體的約束，因而當(dāng)兩種換熱介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量 的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。(3)填料函式換熱器：這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)與比浮頭式簡(jiǎn)單，造 價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程終不應(yīng)處理易揮發(fā)、易爆、易燃和有 毒的介質(zhì)。(4) U型管換熱器：這類換熱器只有一個(gè)管板，管程至少為兩程管

4、束可以抽出清洗， 文案大全實(shí)用文檔管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)式管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。對(duì)于列管式換熱器，一般要根據(jù)換熱流體的腐蝕性及其它特性來(lái)選擇結(jié)構(gòu)與材料，根 據(jù)材料的加工性能，流體的壓力和溫度，換熱器管程與殼程的溫度差，換熱器的熱負(fù)荷， 檢修清洗的要求等因素決定采用哪一類型的列管式換熱器。1.3 換熱器內(nèi)流體通入空間的選擇哪一種流體流經(jīng)換熱器的殼程，哪一種流體流經(jīng)管程，下列各點(diǎn)可供參考(以固定管 板式為例)。(1)不清潔和易結(jié)垢的流體易走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)清洗比較方便。(2)腐蝕性的流體易走管內(nèi)，以免管子和殼體同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢 修。(3)壓強(qiáng)高的流體

5、易走管內(nèi)，以免殼體受壓，可節(jié)省金屬消耗量。(4)飽和蒸汽易走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，它對(duì)清洗無(wú)要求。(5)有毒流體易走管內(nèi)，使泄露機(jī)會(huì)較少。(6)被冷卻的流體易走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。(7)粘度大的液體或流量較小的流體，易走管間，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流量的不斷改變。在低 Re值(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系 數(shù)。對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的溫差較大，對(duì)流傳熱系數(shù)較大者易走管間，因壁 面溫度與a大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力。1.4 流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流換熱系數(shù)，減少污垢在

6、管子表面上沉積的可 能性，即降低了污垢熱阻，使傳熱系數(shù)增大，動(dòng)力消耗就增多。所以適宜的流速要通過(guò)經(jīng) 濟(jì)衡算才能確定。止匕外，在選擇流速時(shí)，還要考慮結(jié)構(gòu)上的要求。例如，選擇高的流速，使管子數(shù)目減 少，對(duì)一定的換熱面積，不得不采用較長(zhǎng)的管子或增加程數(shù)。管子太長(zhǎng)不易清洗，且一般 管長(zhǎng)都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；單程變成多程使平均溫度降下來(lái)。這些也是選擇流速時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn) 題。表1-1至表1-3列出了常用的流速范圍，可供設(shè)計(jì)參考。所選的流速，應(yīng)盡可能避免 在滯流下流動(dòng)。表1-1常用的流速范圍Table 1-1 The scope of common use in current velocity易結(jié)垢液體管程流速m

7、/s0.5 3> > 1530殼程流速m/s0.2 1.5>>0.5315表1-2安全允許速度Table 1-2 The speed of the safe admission of the liquid二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油安全允許速度/m/s< 1<2-1.5<10表1-3不同粘度液體的常用流速Table 1-3 The different of the liquidin common use current velocity液體粘度/mPa.s>15001500500500100100 35351< 1最大流速/m/s0.60.

8、751.11.51.82.41.5 確定設(shè)計(jì)方案的原則1.5.1 滿足工藝和操作的要求。設(shè)計(jì)出的流程和設(shè)備首先要保證質(zhì)量，操作穩(wěn)定，這就必須配置必要的閥門和計(jì)量?jī)x 表等，并在確定方案時(shí)，考慮到各種流體的流量，溫度和壓強(qiáng)變化時(shí)采取什么措施來(lái)調(diào)節(jié), 而在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，檢修應(yīng)方便。1.5.2 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求。在確定某些操作指標(biāo)和選定設(shè)備型式以及儀表配置時(shí)，要有經(jīng)濟(jì)核算的觀點(diǎn)，既能滿 足工藝和操作要求，又使施工建簡(jiǎn)便，材料來(lái)源容易，造價(jià)低廉。如過(guò)有廢熱可以利用， 要盡量節(jié)省熱能，充分利用，或者采取適當(dāng)?shù)拇胧┻_(dá)到降低成本的目的。1.5.3 保證安全。在工藝流程和操作中若有爆炸，燃燒、中毒、燙傷等危險(xiǎn)

9、性，就要考慮必要的安全措 施。又如設(shè)備的材料強(qiáng)度的驗(yàn)算，除按規(guī)定應(yīng)有一定的安全系數(shù)外，還應(yīng)考慮防止由于設(shè) 備中壓力突然升高或者造成真空而需要裝置安全閥等。以上所提的都是為了保證安全生產(chǎn)所需要的。第二章列管式換熱器熱力計(jì)算2.1穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱的基本方程式為：Q=KAAtm(1)Q熱負(fù)荷，W;K總傳熱系數(shù)，W/m2? C；A換熱器總傳熱面積，m2;tm進(jìn)行換熱的兩流體之間的平均溫度，C。2.1.1 熱負(fù)荷當(dāng)忽略換熱器對(duì)周圍環(huán)境的散熱損失時(shí)，根據(jù)能量平衡，熱流體所放出的熱量應(yīng)等于 冷流體所吸收的熱量，即Q=Wh(Hh1-Hh2)=Wc(Hc2-Hc1)(2)式中Q換熱器的熱負(fù)荷，kJ/h或W；W流

10、體的質(zhì)量流量，kg/h；H單位質(zhì)量流體的始，kJ/kg;下標(biāo)c,h分別表示冷流體和熱流體，下標(biāo) 1和2表示換熱器的進(jìn)出口。若換熱器中兩流體無(wú)相變化，且流體的比熱容不隨溫度而變或可取平均溫度下的比熱 容時(shí)，即Q=WhCph(T1-T2)=W cCpc(t2-t 1)(3)式中Cp流體的平均比熱容，kJ/ ( kg? C)；t冷流體的溫度，C；T熱流體的溫度，C。若換熱器中有熱流體的相變化，即(4)Q=Wh T =WcCpc(t2-t1)式中Wh飽和蒸氣(即熱流體)的冷凝速率，kg/h；Y飽和蒸氣的冷凝熱，kJ/kgo2.1.2 總傳熱系數(shù)(1)總傳熱系數(shù)的計(jì)算式兩流體通過(guò)管壁的傳熱包括以下過(guò)程4

11、。a.熱流體在流動(dòng)過(guò)程中把熱量傳給管壁的對(duì)流熱。b.通過(guò)管壁的熱傳導(dǎo)。c.管壁與流動(dòng)中的冷流體之間的對(duì)流傳熱。d.換熱器在實(shí)際操作中，傳熱表面上常有污垢積存，對(duì)傳熱產(chǎn)生附加熱阻，使總傳熱 系數(shù)降低。在估算K值時(shí)一般不能忽略污垢熱阻。由于污垢層的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)難以準(zhǔn)確 地估計(jì)，因此通常選用污垢熱阻的經(jīng)驗(yàn)值，作為計(jì)算 K值的依據(jù)，若管壁內(nèi)、外側(cè)表面的 污垢熱阻分別用Rsi及Rso表示。1/K=1/ a o+do/ a idi + Rso+Rsido/di+bdo/ 入 dm(5)其中a o管外流體傳熱膜系數(shù)，w/m2 C ;a i管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)，w/m2 C ;Rsi、Rso管壁內(nèi)、外側(cè)表面的

12、污垢熱阻，m2 - c / w；di、do、dm管內(nèi)徑、外徑和內(nèi)、外徑的平均直徑，m；b管子壁厚，mm；入管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，w/m2 C ；2.1.3 平均溫度變溫傳熱時(shí)，若兩流體的相互流向不同，則對(duì)溫度差的影響也不同，通常逆流傳熱效 果好，以逆流為列，推導(dǎo)出計(jì)算平均溫度的通式。Atm =(At1+At2)/2(6)A t1=T 1-t2A t2= T2-t1式中Ti, T2熱流體的進(jìn)出口溫度，C；ti, t2冷流體的進(jìn)出口溫度，C；Atm=AtAtm/ .、.Atm按逆流計(jì)算時(shí)的平均溫度差，C；At溫度差校正系數(shù)，無(wú)量綱；溫度差校正系數(shù)A t與冷熱流體的溫度變化與關(guān)，是P和R兩因素的函數(shù)，

13、即 A t=f(P,R)式中P= (t2-ti)/ (Ti- ti)=冷流體溫升/兩流體的最初溫度差R= (T2 -Ti)/ (t2-ti)=熱流體的溫降/冷流體的溫升溫度校正系數(shù)A t值可根據(jù)P和R兩因素從相應(yīng)的圖中查得溫度差校正系數(shù)圖是基于以下假設(shè)作出的。殼程任一截面上流體溫度均勻一致。(1)管方各程傳熱面積相等。(2)總傳熱系數(shù)K和流體比熱容Cp為常數(shù)。(3)流體無(wú)相變化。(4)換熱器的熱損失可以忽略不計(jì)。2.2 對(duì)流傳熱膜系數(shù)無(wú)相變對(duì)流傳熱的傳熱膜系數(shù)2.2.1 管內(nèi)傳熱膜系數(shù)對(duì)低黏度流體，Re> 10000, 0.7<Pr< 120, L/d>60時(shí)a i=0

14、.023 入 i/di Re0.8 Pnn(8)加熱n取0.4;冷卻n取0.32.2.2 管外傳熱膜系數(shù)a o=0.36(入 /dm) Re0.55 Pr1/3( / w)0.14(9)Re=2x 1031X 106有相變對(duì)流傳熱的傳熱膜系數(shù)5蒸汽在水平管外冷凝ao=1.163X 0.945 (入 f3 p f2g/”Gg/) 1/3(10)2.3 流體壓強(qiáng)降的計(jì)算2.3.1 管程流動(dòng)阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對(duì)于多程換熱器，其總阻力三APi等于直管阻力、A P2阻力及進(jìn)、出口阻力之和。一般進(jìn)、出口阻力可忽略不計(jì)，故管程阻力的計(jì)算式 為E A Pi=(A Pi+AP2)FtNp(1

15、1)式中A Pi、A P2分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；Ft結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)量綱，對(duì)25X 2.5mm的管子，取1.4,對(duì)19X 2mm的管子，取1.5;Np管程數(shù)；A P1=入(L/d) X ( p u2/2)(12)A P2=3 p u2/2(13)2.3.2 殼程流動(dòng)阻力現(xiàn)已提出的殼程流動(dòng)阻力的計(jì)算公式雖然較多，但是由于流體的流動(dòng)狀況比較復(fù)雜， 使此使計(jì)算得到的結(jié)果相差很多。下面殼程壓強(qiáng)降A(chǔ)Po的公式，即E A Po= (A P1+AP2 ) FsNs(14)式中 / 、 一 一 AP1流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降, A P2流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降，F(xiàn)s殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢校

16、正因數(shù)，無(wú)量綱，液體可取1.15,氣體可取1.0A P1 =Ffonc(NB+1)( p u2(15)AP2 = Nb (3.5-2h/D) p u2/2(16)式中F管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)正三角形排列F=0.5,對(duì)轉(zhuǎn)角正方形為0.4,正方形為0.3。 fo殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng) Reo>500時(shí)，fo=5.0 Reo-0，228;nc橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)，管子按正三角形排列nc=1.1Xn1/2管子按正方形排列nc=1.19x n1/2Nb折流擋板數(shù)；H折流擋板間距，m；U0按殼程流通截面積A0計(jì)算的流速,般來(lái)說(shuō)，液體流經(jīng)換熱器的壓強(qiáng)降為m/s,而 A0=H(D-ncd0

17、)10100 kPa,氣體的為110 kPa。第三章工藝流程汽提塔（E101）底部的溶液經(jīng)減壓閥LC9202減壓至ij 1.76Mpa進(jìn)入中壓分解分離器 （V102）,溶液在此閃蒸并分解，分離后尿液進(jìn)入中壓分解塔（E102A/B）,甲俊在此分解E102A殼體用0.5Mpa蒸汽供熱，E102B用汽提塔蒸汽冷凝液分離器（V109）的2.5Mpa 蒸汽冷凝供熱。從中壓分解塔分離器頂部出來(lái)的含有氨和二氧化碳的氣體先送到真空預(yù)濃縮器（E104）殼程中，被中壓碳俊液泵（P103A/B）送來(lái)的碳錢液吸收，具吸收和冷凝熱用來(lái) 蒸發(fā)尿液中的部分水份，然后進(jìn)入中壓冷凝器（E106）用冷卻水冷卻，最終進(jìn)入中壓吸收

18、塔（C101）。中壓吸收塔為泡罩塔，它用氨開泵（P105A/B）來(lái)的液氨和氨水泵（P107A/B）送來(lái)的 氨水共同洗滌二氧化碳。中壓吸收塔頂部含有微量惰性氣氨進(jìn)入氨冷器（E109）冷凝成液氨，收集于氨收集器（V105）,不凝氣通過(guò)氨回收塔（C105）進(jìn)入中壓惰性氣體洗滌塔 （C103）。惰性氣體放空，具吸收熱通過(guò)中壓氨吸收塔（E111）用冷卻水帶走，氨水通過(guò) 氨水泵（P107A/B）被送到中壓吸收塔。中壓吸收塔底部溶液通過(guò)高壓甲俊泵（P102A/B）加壓到15.5Mpa送到甲俊冷凝器 （E105）,返回合成圈。這里所做的換熱器設(shè)計(jì)就是對(duì)中壓吸收塔出來(lái)的氣氨進(jìn)行冷凝成液氨的設(shè)備進(jìn)行設(shè) 計(jì)計(jì)算，以

19、下是氨冷凝器所在工藝流程中的位置（見(jiàn)附圖3-1）。文案大全第四章?lián)Q熱器工藝過(guò)程計(jì)算4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和條件物料：NH3、循環(huán)水等。其中循環(huán)水走管程。工藝條件：殼程：操作壓力：1.62 MPa 溫度43c38c (入/出)管程：操作壓力：0.4 MPa 溫度32c36c (入/出)其中：NH3：流量：580 m3/h 密度 13 Kg/m34.2 設(shè)計(jì)過(guò)程列管式換熱器的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟4.2.1 試算并初選設(shè)備規(guī)格(1)確定流體在換熱器中的流動(dòng)途徑。(2)根據(jù)傳熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷Q。(3)確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計(jì)算定性溫度，并確定在 定性溫度下的流體物性。(4)計(jì)算平均

20、溫度差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。(5)依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，或按生產(chǎn)實(shí)際情況，選定總傳熱系數(shù)K值。(6)由總傳熱速率方程Q=KS Atm,初步算出傳熱面積S,并確定換熱器的基本尺寸(如 d、L、n及管子在管板上的排列等)，或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格。4.2.2 計(jì)算管程、殼程壓強(qiáng)降根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算殼程、管程流體的流速和壓強(qiáng)降。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理 或滿足工藝要求。若壓強(qiáng)降不符合要求，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。4.2.3 核算總傳熱系數(shù)計(jì)算管程、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻 Rsi和R

21、so,再計(jì)算總傳熱系數(shù)K/,比較 K的初設(shè)值和計(jì)算值，若 K/K=1.151.25或(K-K) /K=15.5%30%,則初選的換熱器合 適。否則需另設(shè)K值，重復(fù)以上計(jì)算步驟6。4.3 工藝計(jì)算過(guò)程4.3.1 定性溫度下流體物性NH3： p =13kg/m3p=0.918X 10-5Pa s 入=0.0215W/M C 丫 =1373kJ/kgCp=0.67kJ/kg CV=580 m3/h循環(huán)水：p =995.7 kg/m3=80.07X 10-5 Pa s 入=0.6176 W/M - CCp=4.174 kJ/kg - C液氨：p f=583 kg/m3入 f=0.432kcal/m h

22、 C仙 f=0.306kg/m hg=12.7X107本設(shè)計(jì)中涉及到氨的相變化傳熱過(guò)程，根據(jù)兩流體的情況，循環(huán)水走管程，氨走殼程 進(jìn)行計(jì)算。4.3.2 試算和初選換熱器的型號(hào)計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量Q=Qi(顯熱)+Q2(潛熱)Qi=WCP(Ti-T2)=V p Cp(T1-T2)=(580X 13/3600)X 0.67X 103X (43-38)=7016.4wQ2=W 丫 =V p y =(580X 13/3600)X 1373X 103=2875672.2wQ= Qi+ Q2=7016.4+2875672.2=2882688.6wWH20=Q/Cp A t=2882688.6/(4.17

23、4X 103X (36-32)=172.657kg/sVh2O= Wh20/ p =172.657/995.7=0.173m/s(2)計(jì)算兩流體的平均溫度差暫按單殼程、多管程進(jìn)行計(jì)算。逆流時(shí)平均溫度差為NH3 43 C - 38 c水 36C 32 cAt 7c 6cAtm =(At1+At2)/2=6.5C而 R=(Ti-T2)/ (t2- ti) =1.25P= (t2- ti) / (T1- ti) =0.364由P、R值查圖417查得A t=0.92一一一'c所以 A 6= A tx Atm =0.92X 6.5=5.98C(3)初選換熱器型號(hào)根據(jù)兩流體的情況，假設(shè) K=110

24、0 W/M C故 S=Q/K X A tm=2882688.6/1100/5.98=438.2n2由于Tm-tm=5-4=1C<50C 因此不需要考慮熱補(bǔ)償。據(jù)此，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān) 參數(shù)如下表4-1:表4-1換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)Tab.4-1 Heat exchange is related to data殼徑 D/mm1000公稱面積S0/m2446.2公稱壓強(qiáng)/MPa1.62管子尺寸/mm19X2管子總數(shù)1267管長(zhǎng)/m6管子排列方法三角形管程數(shù)1實(shí)際傳熱面積S0=nndL=1267X3.14X 0.019X (6-0.1) =446 M。若采用此換熱面積的換 熱器，則要求過(guò)程的總傳

25、熱系數(shù)為 1100 W/M C。4.3.3核算壓強(qiáng)降(1)管程壓強(qiáng)降E A R=(AP1+AP2)FtNp其中 Ft=1.5Np=1管程流通面積 Ai=( n /4)di2n/Np=0.785X 0.0152X 1267/2=0.2239m2Ui=Vs/Ai=0.173/0.2239=0.8m/sRe=diui p / 業(yè)=0.019X 0.8X 995.7/(80.07X 10-5)=14922.4£ /d=0.1/15=0.0067，由第一章中的人-Re關(guān)系圖中查得設(shè)管壁粗糙度e =0.1mm,入=0.039 所以 A P仁人(L/d) X ( p u2/2)=0.039X (6

26、/0.015)X (995.7X 0.82/2)=4970.5PaA P2=3 p u2/2=3 義 995.7X 0.82/2=955.9 PaWJ 12 Api= (4970.5+955.9) X 1.5 X 1=29839.35 Pa< 100Kpa(2)殼程壓強(qiáng)降工 P Po= ( A Pi + A P2) FsNs其中 Fs=1.0Ns=1AP 二Ff0nc(NB+1)(p u2/2)管子為三角形排列，F(xiàn)=0.5nc=1.1 n1/2=1.1X 12671/2=39取折流擋板間距 h=0.3m NB=L/h-1=6/0.3-1=19殼程流通面積 A0=H(D-n cd0)=0.

27、3X (1-39 X 0.019)=0.0777 MU0=V0/A0=580/3600/0.0777=2.07m/sRe0= d0u0p / 業(yè)=0.019X 2.07X 13/(0.918X 10-5)=55696.1 > 500f0=5.0 ReD-0.228=5.0X 55696.1-0.228=0.414所以 APi =0.5X0.414X 39X ( 19+1) X 13X 2.072/2=4497 PaAP2= Nb (3.5-2h/D) p u2/2=19X (3.5-2X 0.3/1)13X 2.072/2=1534.6PaE A Po=(4497+1534.6)X 1

28、乂 1=6031.6 Pa< 10kPa計(jì)算表明，管程和殼程壓強(qiáng)降都能滿足題設(shè)的要求。4.3.4核算總傳熱系數(shù)(1)管程對(duì)流傳熱系數(shù)a iRe=14922.4Pn= p Cp/ 人=80.07X 10-5X4.174X 103/0.6176=5.41a i=0.023 人 /d Re0.8 Pri0.4=0.023X (0.6176/0.02)X 14922.40.85.410.4=4061.6 W/m2 C(2)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)a 0由于發(fā)生相變傳熱可有公式a 0 =0.945 (入f3 p f2g/卜fGg j 1/3Gg =W/(L(N t)2/3)=V p /(L(N t)2/3

29、)=580X 13/(6 X 12672/3)=10.7kg/sa 0 =0.945 (入 f3pf2g/”Gg j 1/3=0.945X (0.4323 X 5832X 12.7X 107/(0.306X 10.7)1/3=9635.2kcal/m2 - h - Ca 0=1.163 a 0 =1.163X9635.2=11205.7 W/m C(3)污垢熱阻查閱資料，管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為Rg=0.00017 m2 - C /WRso=0.00017 m2 - C /W(4)總傳熱系數(shù)K0管外側(cè)熱阻忽略時(shí)，總傳熱系數(shù) K0為Ko=1/ (1/a 0+ Rso+ Rsdo/di+d0/d

30、i/ a i)=1/(1/11205.7+0.00017+0.00017X 0.019/0.015+0.019/(0.015X 4061.6) =1272.3 W/m2 C由前面的計(jì)算可知，選用該型號(hào)的換熱器時(shí)要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為 1100 W/m2 C 在規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的 K0為1272.3 W/m2C,故所選擇的換熱器是合適的，安 全系數(shù)為 (K0-K) /KX100%= (1272.3-1100) /1100X 100%=15.7%。第五章?lián)Q熱器主體設(shè)備工藝尺寸的確定5.1 管子的規(guī)格和排列方法選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不超過(guò)前面介紹的流速范圍。易結(jié)垢、粘 度較大

31、的液體宜采用較大的管徑。我國(guó)目前試用的列管換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅為25mmX5.2 mm及19mmx 2mm兩種規(guī)格的管子7。管長(zhǎng)的選擇是以清洗方便即合理使用管材為原則。長(zhǎng)管不便于清洗，且容易彎曲。一 般出廠的標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)為6m,則合理的換熱管長(zhǎng)應(yīng)為1.5m、2m、3m和6m。系列標(biāo)準(zhǔn)中也采 用這四種管長(zhǎng)。此外管長(zhǎng)和殼徑應(yīng)相適應(yīng)，一般去L/D為46 (對(duì)直徑小的換熱器可取大些)。如前所述，管子在管板上的排列方法有正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形等。正三角形 排列的優(yōu)點(diǎn)有：相同殼程內(nèi)可排列更多的管子；管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會(huì)少，且 管外流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)高。正方形排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管外

32、壁，使用 與殼程流體易產(chǎn)生污垢的場(chǎng)所；但其對(duì)流傳熱系數(shù)較正三角形排列時(shí)低。轉(zhuǎn)角正方形排列 則介于上述兩者之間，與直列排列相比，對(duì)流傳熱系數(shù)可適當(dāng)?shù)奶岣?。管子在管板上排列的間距t (指相鄰兩管子的中心距)，隨管子和管板的連接方法的不 同而異。通常，脹管法取t=(1.31.5)d0,且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于 6mm,即t>(do+6)0 焊接法取t=1.25do05.3 管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時(shí)，有時(shí)會(huì)使管內(nèi)流速降低，因而對(duì) 流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過(guò)多時(shí)，導(dǎo)致管內(nèi)流動(dòng)阻 力增大，增加動(dòng)力費(fèi)用；同時(shí)多程會(huì)使平均溫度差下降

33、；此外多程隔板使管板上可利用面 積減少。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些問(wèn)題。列管換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有 1、2、4和6程等四 種。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等 8。管程數(shù)m可按下式計(jì)算，即m=u/u其中u管程內(nèi)流體的適宜流速 m/s；, u管程內(nèi)流體的的實(shí)際流速 m/s。當(dāng)溫度差校正系數(shù)率低于0.8時(shí)，可采用殼方多程。如殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行 的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程。但由于殼程隔板在制造、安裝和檢修等方 都都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是將幾個(gè)換熱器串聯(lián)起來(lái)使用，以代替 殼方多程。例如當(dāng)需殼方兩程時(shí)，即將總管數(shù)等分為兩部分，分別裝在兩個(gè)內(nèi)徑相同而直 徑較小的外

34、殼中，然后把兩個(gè)換熱器串聯(lián)使用。5.4 折流擋板安裝折流擋板的目的，是為加大殼程流體的速度，是湍流程度加劇，以提高殼程對(duì)流 傳熱系數(shù)90最常用的為圓缺型擋板，切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的10%40%, 一般取20%25%,過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。兩相鄰檔板的距離（板間距）h為外殼內(nèi)徑D的（0.21）倍。系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的h 值為：固定管板的有150、300和600三種，單位均為mm；浮頭的有150、200、300、480 和600五種，單位均為mm。板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過(guò)大， 流體就難于垂直的流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。5.5 外殼直徑的確定換熱器的殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于

35、或稍大于（對(duì)浮頭式換熱器而言）管板的直徑。根據(jù)計(jì)算 出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可采用作圖的方法確定殼體內(nèi)徑。 但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，用作圖法就太麻煩了。一般在初步設(shè)計(jì)中，可先選定 兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積， 與系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。 待全部設(shè)計(jì)完后，仍用作圖法畫出管子排列圖。為了使管子均勻排列，防止流體走“短途”， 可適當(dāng)增減一些管子10。另外，初步設(shè)計(jì)中也可用下式計(jì)算殼體的內(nèi)徑，即D=t（nc-1）+2b其中殼體內(nèi)徑，m；t管中心距，m；nc橫過(guò)管束中心線的管數(shù)；b管束中心線上最外層的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取 b=(11.5)

36、d0;m。nc值可用下面公式估算，即管子按正三角形排列nc=1.1n1/2管子按正方形排列nc=1.19n1/2式中n為換熱器的總管數(shù)。表5-1殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸Table 5-1 Hull stock size殼體外徑/mm325400 500 600 700800 900 10001100 1200最小壁厚/mm81012145.6 主要附件封頭：封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小(一般小于400mm)的殼體，圓形用于大直徑的殼體11o緩沖擋板：為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可以在進(jìn)料口裝設(shè)緩沖擋板。導(dǎo)流筒：殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動(dòng)的空間(死角)，為了提高傳

37、熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間。放氣孔、排液孔：換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝氣體和冷凝液等。換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算，即D=(4Vs/n u)1/2式中Vs流體的體積流量，m3/s；u流體在接管中的流速，m/s；流速u的經(jīng)驗(yàn)值可取為對(duì)液體 u=1.52m/s對(duì)蒸汽 u=2050m/s對(duì)氣體 u=(0.150.2)p/p (p為壓強(qiáng)，KPa； p為氣體密度，Kg/m3)。5.7 材料選用列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓力、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及腐蝕性能下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很

38、少有的。目前常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然耐腐蝕性能好， 但價(jià)格高且較稀缺，應(yīng)盡量少用12表5-2列管換熱器各部件的常用材料Table 5-2 The common material for each parts of the tube heat exchanger部件或零件名稱殼體、法蘭A3F、A3R、16MnR16MN+ 0Cr18Ni9Ti法蘭、法蘭蓋16Mn、A316MN+1CrNi9Ti管板A41CrNi9Ti膨脹節(jié)A3F、16MnR1CrNi9Ti擋板和支撐板A3F1CrNi9Ti螺栓16Mn、40Mn、40 MnB換熱管10號(hào)A3、40Mn1CrNi9Ti墊片石棉橡膠板支座A3F5.8 管板尺寸的確定5.8.1 管板受力情況分析列管換熱器的管板，一般采取平板管，在圓平板上開孔裝設(shè)管束，管板又與殼體相連 管板所受載荷除管程和殼程壓力外，還承載管壁和殼壁的溫差引起的變形不協(xié)調(diào)作用等 130管板受力情況較為復(fù)雜，影響管板應(yīng)力大小又如下因素：(1)與圓平板類似，管板直徑、厚度、壓力大小，使用溫度等對(duì)管板應(yīng)力又顯著影 響。(2)管束的承載